(57)【要約】  【課題】  レーダ装置において、受信信号に含まれる目標信号数を、SN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、高精度に推定する手段を得ることと、複数の測角結果に基づく送信ビーム指向方向の計算手段を得ることを課題としている。  【解決手段】  目標信号などの到来波を受信する受信機部、中間周波数信号から目標受信信号を得る位相検波部、目標受信信号に関する相関行列を計算し出力する相関行列計算手段、相関行列と送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドとから推定目標数を出力する目標数推定手段、相関行列と推定目標数とアレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値を出力する超分解能測角手段、目標測角値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、送信ビーム指向方向とビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段などを備える。【選択図】      図１
2005121420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向をモノパルスあるいは超分解能測角手段で測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置において、
目標測角値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、送信ビーム指向方向とビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段と、
推定目標数を入力とし、同目標数が1の場合にはモノパルス測角手段を選択する選択信号を出力し、2以上の場合には他の選択信号と上記推定目標数とを出力する測角手段選択手段と、
目標検出レンジビン番号に対応するレンジビンにおける目標受信信号に関する相関行列を計算して出力する相関行列計算手段と、
アレーアンテナを構成する各アンテナのアンテナパターンデータを記録したアレーマニフォールドと、
上記測角手段選択手段からの他の選択信号の入力がされ、相関行列計算手段からの相関行列と測角手段選択手段からの推定目標数と上記アレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値を上記送信ビーム指向方向計算手段とモノパルス測角手段へ出力する超分解能測角手段と、
上記相関行列計算手段で計算された相関行列と送信ビーム指向方向と上記アレーマニフォールドとからMEP法に基づき推定目標数を上記測角手段選択手段へ出力する目標数推定手段と、
を具備することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記目標数推定手段として、目標の固有ベクトルと送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドからAMS値を求めて出力するAMS値計算手段を使用することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記目標数推定手段として、上記相関行列を入力とし、AIC/MDL法に基づき推定目標数を出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記目標数推定手段として、上記相関行列と送信ビーム指向方向と上記アレーマニフォールドとからMEP法に基づき推定目標数を上記測角手段選択手段へ出力し、上記超分解能測角手段として相関行列と推定目標数とアレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値と目標電力値を出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項５】
上記目標数推定手段として、固有ベクトルと送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドからAMS値を求めて出力するAMS値計算手段を使用することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項６】
上記目標数推定手段として、AIC/MDL法に基づき推定目標数を出力することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、受信信号に含まれる目標数を推定し、それらの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置において、受信信号に含まれる目標数を推定する手段は、AIC（Akaike Information Criteria）あるいはMDL（Minimum Description Length）を用いた方法（以下、AIC/MDL法と称す。）が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】M.Wax, T.Kailath, “Detection of Signals by Information Theoritic Criteria”, IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.ASSP-33, No.2, Apr. 1985
【０００４】
また、測角結果に基づいて次の送信ビームの指向方向を計算する手段については、測角結果が１つの場合はその方向を指向方向とするのが一般的であるが、複数の測角結果が得られた場合、これに基づく送信ビーム指向方向の計算手段については、これまで特許文献および非特許文献において報告されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したAIC/MDL法では、レーダからの目標信号のSN（Signal to Noise power）比が低い場合には誤った推定結果を示す場合がある。このため、いま着目しているビーム方向に関して、パルスヒット数を増やしSN比を高めることにより、推定結果の精度を高めていた。ところが、１つのビーム方向へのパルスヒット数を増やしたため、他のビーム方向に用いるパルスヒット数を減らす必要があり、探知距離の縮退あるいは追尾精度の劣化が発生するという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題を解決するものであり、送信ビーム指向方向からの受信信号に含まれる目標信号数を、SN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、AIC/MDL法に比べ高精度に推定する手段を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のレーダ装置は、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向をモノパルス測角手段で測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置において、目標測角値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、送信ビーム指向方向とビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段と、推定目標数を入力とし、同目標数が1の場合にはモノパルス測角手段を選択する選択信号を出力し、2以上の場合には他の選択信号と上記推定目標数とを出力する測角手段選択手段と、目標検出レンジビン番号に対応するレンジビンにおける目標受信信号に関する相関行列を計算して出力する相関行列計算手段と、アレーアンテナを構成する各アンテナのアンテナパターンデータを記録したアレーマニフォールドと、上記測角手段選択手段からの他の選択信号の入力がされ、相関行列計算手段からの相関行列と測角手段選択手段からの推定目標数と上記アレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値を上記送信ビーム指向方向計算手段とモノパルス測角手段へ出力する超分解能測角手段と、上記相関行列計算手段で計算された相関行列と送信ビーム指向方向と上記アレーマニフォールドとからMEP法に基づき推定目標数を上記測角手段選択手段へ出力する目標数推定手段とを具備するものである。
【発明の効果】
【０００８】
目標信号のSN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、高精度に目標信号数を推定する。また、推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段により、探知距離の縮退あるいは追尾精度が劣化しないレーダ装置が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す構成図である。
図１において、１は送信周波数設定値と送信タイミングトリガとを出力する制御器、２は上記送信周波数設定値に基づく連続波を発生する周波数発振器、３は上記送信タイミングトリガに基づき上記連続波をパルス変調した送信パルスを出力する送信機、４は上記送信パルスに対し後述のビーム形成ウェイト設定値に基づく移相操作を行う移相器部、５は送受信を切り換える送受切換器、６は送受切換器を介して入力される送信パルスを空中に送信し、目標信号、クラッタ反射波、妨害波などの到来波を受信する複数のアンテナから構成されるアレーアンテナ、７は上記送受切換器を介して入力される上記到来波を中間周波数信号に周波数変換する受信機部、８は上記受信機部からの上記中間周波数信号をA/D変換および位相検波してベースバンド帯の受信信号とし、これを出力する位相検波部、９は上記位相検波部からの上記受信信号に含まれるクラッタ反射波を抑圧するためにクラッタ抑圧を行い、クラッタ抑圧後受信信号を出力するクラッタ抑圧部、１は上記クラッタ抑圧後受信信号に含まれる妨害波信号を抑圧するために妨害波抑圧を行い、目標受信信号を出力する妨害波抑圧手段、１１は上記目標受信信号と後述のビーム形成ウェイト設定値とからΣビーム、ΔAZビーム、ΔELビームを出力するビーム合成手段、１２は上記の３つの受信ビームに対しパルスヒット方向への積分を行い、積分後Σビーム、積分後ΔAZビーム、積分後ΔELビームを出力するパルス間積分部、１３は上記積分後Σビームに対し閾値処理による目標検出を行い、目標検出が有った場合には目標検出レンジビン番号を出力する信号検出手段、１４は後述の選択信号の入力が有った場合に、上記積分後Σビームと積分後ΔAZ ビームとから、および上記積分後Σビームと積分後ΔELビームとから、それぞれモノパルス測角によりアジマス角、エレベーション角を求め、これらをまとめて目標測角値として出力するモノパルス測角手段、１５は上記目標検出レンジビン番号に対応するレンジビンにおける上記目標受信信号に関する相関行列を計算し、これを出力する相関行列計算手段、１６は上記相関行列と後述の送信ビーム指向方向と後述のアレーマニフォールドとから後述のMEP（Radar Signal Number Detection using Multiple Eigenbean Pattern）法に基づき推定目標数を出力する目標数推定手段１、１７は上記推定目標数を入力とし、同目標数が1の場合には上記モノパルス測角手段を選択する選択信号を出力し、2以上の場合には後述の超分解能測角手段を選択する選択信号と上記推定目標数とを出力する測角手段選択手段、１８は上記選択信号の入力が有った場合、上記相関行列と上記推定目標数と後述のアレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値を出力する超分解能測角手段１、１９は上記アレーアンテナを構成する各アンテナのアンテナパターンデータを記録したアレーマニフォールド、２０は上記目標測角値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、送信ビーム指向方向とビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段１である。
【００１０】
図２は、この発明の実施の形態１における目標数推定手段１の構成図である。
図２において、２１は上記相関行列を入力とし、その固有値・固有ベクトルを求め、固有ベクトルを出力する固有値・固有ベクトル計算手段、２２は上記固有ベクトルと送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドとからMEP値を求め、これを出力するMEP値計算手段、２３は上記MEP値を入力とし、隣り合うMEP値のギャップ（差）の最大値から目標数を推定し、出力するMEP値ギャップ計算手段である。
【００１１】
以下に動作に関する説明をする。
まず、制御器１より送信周波数設定値と送信タイミングトリガを出力する。
周波数発振器２では、上記送信周波数設定値に基づく連続波を発生し出力し、送信機３では上記連続波と上記送信タイミングトリガに基づきパルス変調した送信パルスを生成し出力する。上記送信パルスは、後述のビーム形成ウェイト設定値に基づく移相設定がなされた移相器部４、送受切換器５を通過しアレーアンテナ６より空中へ放射される。
このような送信を適当なパルス繰返し間隔で所望のパルスヒット数分送信を行う。
【００１２】
続いて、以降に述べる受信を行うが、受信はレンジビン毎に受信処理を実施するものとする。いま、K波の目標信号、KJ波の妨害波、および到来方向が角度的に広がったクラッタ反射信号が到来するものとする。ただし、これらの信号は互いに完全相関ではないものとする。また、アレーアンテナ６を構成するアンテナの個数Mと目標信号数Kと妨害波数KJとの間には、式（１）のような関係があるものとする。
【００１３】
【数１】
2005121420.tif 000003
【００１４】
アレーアンテナ６への到来波である目標信号、妨害波、クラッタ反射信号は、送受切換器５を介し、M個の受信機で構成される受信機部７において中間周波数信号に周波数変換され、さらにM個の位相検波器で構成される位相検波部８に入力され、ベースバンド帯の受信信号に変換される。
なお、位相検波部８ではA/D変換が行なわれるので受信信号はディジタル信号である。
【００１５】
続いて受信信号はクラッタ抑圧部９に入力され、受信信号に含まれるクラッタ反射信号の抑圧を行う。
クラッタ抑圧部を構成するクラッタ抑圧手段では、FIR型ディジタルフィルタの原理に従ったクラッタ抑圧が行なわれ、例えばMerril I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）によれば、建物、山、海面等の固定もしくは低速移動クラッタからの反射波を抑圧できることが示されている。
このようにして、クラッタ抑圧部９からはクラッタ抑圧されたクラッタ抑圧後受信信号が出力される。いま、ある着目したレンジビンにおけるクラッタ抑圧後受信信号を式（２）のように表す。
【００１６】
【数２】
2005121420.tif 000004
【００１７】
クラッタ抑圧後受信信号XJ(n)には、目標信号、妨害波のほか、熱雑音が含まれるので、それぞれ式（３）〜式（５）のように表す。
【００１８】
【数３】
2005121420.tif 000005
【００１９】
以上の式（３）〜式（５）を用いて、クラッタ抑圧後受信信号XJ(n)は式（６）のように表すことができる。
【００２０】
【数４】
2005121420.tif 000006
【００２１】
以下、θ1,…,θK-1，ａ(θ1),…,ａ(θK-1)についても同様であり、妨害波に関するψ0,…, ψKJ-1，a(ψ0),…,a(ψKJ-1)についても同様である。
さらに、As=[a(ψ0) a(ψ1) … a(ψK-1)]T，AJ=[a(ψ0) a(ψ1) … a(ψKJ-1)]Tとすれば、式（６）は式（７）のように表すことができる。
【００２２】
【数５】
2005121420.tif 000007
【００２３】
続いて、クラッタ抑圧後受信信号XJ(n)は妨害波抑圧部１０に入力され、同信号に含まれる妨害波の抑圧を行う。
妨害波抑圧手段では、妨害波到来方向に対し受信ビームパターンのヌルを指向する原理で妨害波抑圧が行なわれ、例えばMerril I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）によれば、サイドローブ方向から到来する妨害波を抑圧できることが示されている。
このようにして、妨害波抑圧手段１０からは妨害波抑圧された目標受信信号X(n)が出力される。同信号は式（８）のように表すことができる。
【００２４】
【数６】
2005121420.tif 000008
【００２５】
続いて、目標受信信号はビーム合成手段１１に入力され、後述の送信ビーム指向方向計算手段１（２０）からの出力であるビーム形成ウェイト設定値に基づき、Σビーム、Δビーム、ΔELビームを合成する。
ビーム形成ウェイトを式（９）のように表すと、ビーム合成は式（１０）〜（１２）のように表される。
【００２６】
【数７】
2005121420.tif 000009
【００２７】
ただし、DAZは対角行列で対角項は1もしくは-1である。
同行列の対角要素番号(m,m)(m=0,1,…,M-1)がアレーアンテナ６を構成するアンテナの番号mに対応しており、同アンテナが左右対称に分割したアレーアンテナ開口面の左開口部に対応している場合は1（もしくは-1）、右開口部に対応している場合は-1（もしくは1）となる。DELも同様であり、上下対称に分割したアレーアンテナ開口面の上開口部に対応している場合は1（もしくは-1）、下開口部に対応している場合は-1（もしくは1）となる。
【００２８】
続いて、ΣビームΣ（ｎ），ΔAZビームΔAZ（ｎ），ΔELビームΔEL（ｎ）はパルス間積分部に入力される。パルス間積分手段では、パルスヒット方向に並んでいる目標受信信号を、その方向に関してコヒーレント積分する。同積分により、特にΣ（ｎ）についてはSN比が改善し、例えばMerril I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）によれば、SN比がN倍改善することが示されている。コヒーレント積分された入力信号はそれぞれ積分後ΣビームΣ、積分後ΔAZビームΔAZ，積分後ΔELビームΔELとなり出力される。
【００２９】
続いて、積分後ΣビームΣは信号検出手段に入力され、振幅検波された後、閾値処理が行われ、振幅値が閾値を超えた場合には信号検出有りと検定され、そのレンジビン番号が出力される。閾値処理は、例えばMerril I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）に示されているように、一定誤警報確率を保持し所望の探知確率を満たすような閾値を設定する。
【００３０】
一方、積分後ΣビームΣ，積分後ΔAZビームΔAZ，積分後ΔELビームΔELはモノパルス測角手段に入力され、後述の測角手段選択手段１７からの選択信号が有れば、積分後ΣビームΣ，積分後ΔAZビームΔAZを用いて、モノパルス測角の原理に基づく目標のアジマス角の測角値θ0AZを求め、積分後ΣビームΣ，積分後ΔELビームΔELを用いて、モノパルス測角の原理に基づく目標のエレベーション角の測角値θ0ELを求め、まとめて目標測角値θ0=[θ0AZ，θ0EL]Tとして出力する。
なおモノパルス測角の原理は、例えばMerril I. Skolnikら著「Radar Handbook」（McGraw Hill,1989）に示されている。
【００３１】
上述した信号検出手段１３から目標検出レンジビン番号の入力が有った場合、相関行列計算手段１５では、対応するレンジビン番号の目標受信信号ベクトルを用いて、式（１３）で示される相関行列が計算され、出力される。
【００３２】
【数８】
2005121420.tif 000010
【００３３】
相関行列は目標数推定手段１（１６）に入力され、同手段内部の固有値・固有ベクトル計算手段２１に入力される。このとき、相関行列は明らかにエルミート行列であるので、その固有値は実数となり、また固有ベクトルは互いに直交することが知られている。
ここでは、固有値を降順に並べ、それぞれ対応する固有ベクトルemを出力する。
【００３４】
MEP値計算手段２２では、上記固有ベクトルemと、後述の送信ビーム指向方向計算手段１（２０）からの送信ビーム指向方向、およびアレーマニフォールド１９とを用いて、式（１４）に示すMEP値を計算し、出力する。
【００３５】
【数９】
2005121420.tif 000011
【００３６】
ただし、ψbeamwidthは送信ビーム指向方向を中心とする適当な角度範囲を示し、ψはその範囲に存在する角度である。適当な角度範囲としては、目標信号が到来する角度範囲とし、例えば送信ビーム幅が挙げられる。a(ψ)は角度ψに対するアレーマニフォールドである。
【００３７】
式（１４）に示したMEP値について具体的に説明をする。
同式は、上記固有ベクトルemをアンテナウェイトとするビームパターン|aH(ψ)em|2を考え、角度範囲ψbeamwidthに収まる部分の積分値と解釈できる。ここで、固有ベクトルemが雑音固有値に対応する場合、aH(ψk)em=0となるので、上記ビームパターン|aH(ψ)em|2においては角度範囲ψbeamwidthでk個のヌルが形成されることになる。
【００３８】
一方、固有ベクトルemが目標固有値に対応する場合、aH(ψk)em≠0となるので、少なくとも上述したk個のヌルが形成される方向ではヌルは形成されない。MEP値とは、このような固有値の違いに起因するビームパターン|aH(ψ)em|2の特長を、角度範囲ψbeamwidthでの積分値として表すものである。つまり、固有ベクトルemが目標固有値に対応する場合のMEP値は大きくなり、雑音固有値に対応する場合には小さくなる傾向を持つことになる。
したがって、後で述べるように、隣り合うMEP値のギャップ（差）を用いることにより、目標数を推定することが可能になる。
【００３９】
次に、式（１４）より求めたMEP値はMEP値ギャップ計算手段２３に入力される。ここでは、隣り合うMEP値のギャップ（差）を求め、式（１５）を満たすようなKestimatedを推定目標数として出力する。
【００４０】
【数１０】
2005121420.tif 000012
【００４１】
上述したMEP法とAIC/MDL法と目標数の推定精度を、計算機シミュレーションで比較した結果を図３に示す。シミュレーション条件の詳細は同図に示した。同シミュレーションは目標数2の場合であるが、AIC/MDL法に比べてより低いSN比においても正しく目標数を推定することが判る。
【００４２】
続いて、推定目標数Kestimatedは測角手段選択手段１７に入力され、Kestimated=1の場合はモノパルス測角手段１４を選択する選択信号、Kestimated>1の場合は後述の超分解能測角手段１８を選択する選択信号を出力する。
【００４３】
超分解能測角手段１（１８）は、測角手段選択手段１７から選択信号の入力を受けた場合に、推定目標数Kestimated，相関行列Rxx，アレーマニフォールドa(θ)を入力として、超分解能アルゴリズムに基づく目標測角により複数目標の分離および測角を行い、目標測角値θ0,…, θK-1を出力する。
【００４４】
超分解能測角としては、例えばMUSIC測角（R.O.Schmidt, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol.APS-34, no.3, Mar 1986）、MLE測角（I.Ziskind, M.Wax, “Maximum Likelihood Localization of Multiple Sources by Alternating Projection”, IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.36, No.10, Oct. 1988）が挙げられる。
【００４５】
次に、送信ビーム指向方向計算手段１（２０）では、入力される目標測角値kを基に送信ビーム指向方向を式（１６）に従い計算する。
【００４６】
【数１１】
2005121420.tif 000013
【００４７】
すなわち、式（１６）の通り、入力される目標測角値の平均値を次の送信ビームの指向方向として決定する。
【００４８】
合わせて、送信ビーム指向方向θTXに対し、同相条件に基づくビーム形成ウェイトWTXを計算し、それぞれ出力する。
【００４９】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置を構成して、上述のMEP法および上述の送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、目標信号のSN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、AIC/MDL法に比べ高精度に目標信号数を推定し、さらに推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【００５０】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す構成図である。
同図において、２４は相関行列と送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドとから後述のAMS（Radar Signal Number Detection using Inner Product between Eigenbeam Weight of Array Manifold and Observed Signal）法に基づき推定目標数を出力する目標数推定手段２であり、図１に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００５１】
図５は、この発明の実施の形態２における目標数推定手段２の構成図である。
図５において、２５は送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドからアレーマニフォールドに関する相関行列を求め出力するアレーマニフォールド相関行列計算手段、２６は上記アレーマニフォールド相関行列を入力とし、その固有値・固有ベクトルを計算し、固有ベクトルをアレーマニフォールド固有ベクトルとして出力するアレーマニフォールド固有値・固有ベクトル計算手段、２７は固有ベクトルと送信ビーム指向方向とアレーマニフォールドからAMS値を求め、これを出力するAMS値計算手段、２８は上記AMS値を入力とし、隣り合うAMS値のギャップの最大値から目標数を推定し、出力するAMS値ギャップ計算手段であり、図２に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００５２】
以下に動作に関する説明をする。
目標推定手段２（２４）以外の動作は、実施の形態１と同一なので省略する。
【００５３】
アレーマニフォールド相関行列計算手段２５では、送信ビーム指向方向計算手段１（２０）からの送信ビーム指向方向、およびアレーマニフォールド１９とを用いて、式（１７）に示すアレーマニフォールド相関行列を計算し、出力する。
【００５４】
【数１２】
2005121420.tif 000014
【００５５】
続くアレーマニフォールド固有値・固有ベクトル計算手段２６では、上記アレーマニフォールド相関行列に関する固有値・固有ベクトルを求める。このとき、同相関行列は明らかにエルミート行列であるので、その固有値は実数となり、また固有ベクトルは互いに直交することが知られている。
ここでは、固有値を降順に並べ、それぞれ対応する固有ベクトルe'mを出力する。なお、同固有ベクトルをアレーマニフォールド固有ベクトルと呼ぶ。
【００５６】
ここで、式（１７）から求まるアレーマニフォールド固有値・固有ベクトルは、アレーマニフォールド相関行列が通常低いランクRを示す。したがって、アレーマニフォールド固有値を降順に並べ、第R番目までのアレーマニフォールド固有値に着目すると、そのアレーマニフォールド固有ベクトルは、角度範囲ψbeamwidthに到来する到来波の部分空間を張ることになる。
この性質や解釈は、K.M.Buckley, X.Xu, “Spatial-Spectrum Estimation in a Location Sector”, IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol.38, No.11, Nov., 1990で指摘されている。
【００５７】
続いて、AMS値計算手段２７では、上記固有ベクトルemとアレーマニフォールド固有ベクトルe'mとを用いて、式（１８）に示すAMS値を計算し、出力する。
【００５８】
【数１３】
2005121420.tif 000015
【００５９】
式（１８）に示したAMS値について具体的に説明をする。
アレーマニフォールド固有ベクトルe'mのうち、上述したようにR個は目標信号の部分空間を張るベクトルである。したがって、固有ベクトルemのうち目標信号に対応するベクトルは、上記のR個のアレーマニフォールド固有ベクトルのいずれかとほぼ一致し、それ以外とはほぼ直交すると考えられる。
【００６０】
そこで式（１８）に示すとおり、ある固有ベクトルemとすべてのアレーマニフォールド固有ベクトルe'iとの内積e'iHemをすべて求めたときの最大二乗値をAMS値とし、順次すべての固有ベクトルemについて求めていく。これにより、固有ベクトルemが目標固有値に対応する場合のAMS値は大きくなり、雑音固有値に対応する場合には小さくなる傾向を持つことになる。
したがって、後で述べるように、隣り合うAMS値のギャップ（差）を用いることにより、目標数を推定することが可能になる。
【００６１】
次に式（１８）に従い求めたAMS値は、AMS値ギャップ計算手段２９に入力される。ここでは、隣り合うAMS値のギャップ（差）を求め、式（１９）を満たすようなKestimatedを推定目標数として出力する。
【００６２】
【数１４】
2005121420.tif 000016
【００６３】
上述したAMS法とAIC/MDL法と目標数の推定精度を、計算機シミュレーションで比較した結果を図６に示す。シミュレーション条件の詳細は同図に示した。
同シミュレーションは目標数2の場合であるが、AIC/MDL法に比べてより低いSN比においても正しく目標数を推定することが判る。
【００６４】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置を構成して、上述のAMS法および送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、目標信号のSN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、AIC/MDL法に比べ高精度に目標信号数を推定し、さらに推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【００６５】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３を示す構成図である。
同図において、２９は相関行列を入力とし、AIC/MDL法に基づき推定目標数を出力する目標数推定手段３、３０は目標測角値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、ビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段２であり、図１に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００６６】
以下に動作に関する説明をする。
目標推定手段３（２９）、送信ビーム指向方向計算手段２（３０）以外の動作は、実施の形態１と同一なので省略する。
【００６７】
目標数推定手段３（２９）では、相関行列を入力とし、AIC/MDL法に基づいた推定目標数を出力する。AIC/MDL法の原理は、M.Wax, T.Kailath, “Detection of Signals by Information Theoritic Criteria”, IEEE Trans. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.ASSP-33, No.2, Apr. 1985に示されるとおりである。
【００６８】
送信ビーム指向方向計算手段２（３０）は、送信ビーム指向方向計算手段１（２０）の動作において、送信ビーム指向方向に関する出力を無くしたものである。
【００６９】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定 するレーダ装置を構成して、上述のAIC/MDL法および送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【００７０】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４を示す構成図である。
同図において、３１は選択信号の入力が有った場合、相関行列と推定目標数とアレーマニフォールドとから超分解能アルゴリズムに基づく目標測角値と目標電力値を出力する超分解能測角手段２、３２は上記目標測角値と上記目標電力値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、送信ビーム指向方向とビーム形成ウェイト設定値とを出力する送信ビーム指向方向計算手段３であり、図１に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略する。
【００７１】
以下に動作に関する説明をする。
超分解能測角手段２（３１）、送信ビーム指向方向計算手段３（３２）以外の動作は、実施の形態１と同一なので省略する。
【００７２】
超分解能測角手段２（３１）では、測角手段選択手段１７から選択信号の入力を受けた場合、推定目標数Kestimated，相関行列Rxx，アレーマニフォールドa(ψ)を入力として、超分解能アルゴリズムに基づく目標測角により複数目標の分離および測角を行う。超分解能測角としては、例えば上述のMUSIC測角、上述のMLE測角が挙げられる。
続いて、測角値θ0,…,θK-1を用いて、R.O.Schmidt, “Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation”, IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol.APS-34, no.3, Mar 1986等に示されている方法で目標の電力値P0,…,PK-1を求め、上記測角値θ0,…,θK-1とともに出力する。
【００７３】
送信ビーム指向方向計算手段では、複数の測角結果が得られた場合、これに基づく送信ビーム指向方向計算手段が明らかになっておらず、送信ビーム指向方向が決定できないという問題があるので、送信ビーム指向方向計算手段３（３２）では、入力される目標測角値θkと目標電力値Pkを基に送信ビーム指向方向を式（２０）に従い計算する。
【００７４】
【数１５】
2005121420.tif 000017
【００７５】
すなわち式（２０）の通り、入力される目標電力値で重みを付けた目標測角値の平均値を次の送信ビームの指向方向として決定する。
【００７６】
合わせて、送信ビーム指向方向θTXに対し、同相条件に基づくビーム形成ウェイトWTXを計算し、それぞれ出力する。
【００７７】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置を構成して、上述のMEP法および上述の送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、目標信号のSN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、AIC/MDL法に比べ高精度に目標信号数を推定し、さらに推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の目標電力値で重みを付けた目標測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【００７８】
実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５を示す構成図である。
同図において、図４に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略し、超分解能測角手段２（３１）と送信ビーム指向方向計算手段３（３２）は図８の同一符号に対応しているので、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
以下に動作に関する説明をする。超分解能測角手段２（３１）、送信ビーム指向方向計算手段３（３２）以外の動作は、実施の形態２と同一なので省略する。また、超分解能測角手段２（３１）、送信ビーム指向方向計算手段３（３２）の動作は、実施の形態４と同一なので省略する。
【００８０】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置を構成して、上述のAMS法および送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、目標信号のSN比が低い場合においても、パルスヒット数を増やさずに、AIC/MDL法に比べ高精度に目標信号数を推定し、さらに推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の目標電力値で重みを付けた目標測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【００８１】
実施の形態６．
図１０は、この発明の実施の形態６を示す構成図である。
同図において、３３は上記目標測角値と上記目標電力値に基づき、目標に対する次の送信ビームの指向方向とそのためのビーム形成ウェイト設定値を計算し、ビーム形成ウェイト設定値を出力する送信ビーム指向方向計算手段４であり、図７に対応する部分は同一符号を付して、その詳細の説明は省略し、超分解能測角手段２（３１）は図８の同一符号に対応しているので、その詳細な説明は省略する。
【００８２】
以下に動作に関する説明をする。
超分解能測角手段２（３１）、送信ビーム指向方向計算手段３（３２）以外の動作は、実施の形態３と同一なので省略する。また、超分解能測角手段２（３１）の動作は、実施の形態４と同一なので省略する。送信ビーム指向方向計算手段４（３４）は、送信ビーム指向方向計算手段３（３３）の動作において、送信ビーム指向方向に関する出力を無くしたものである。
【００８３】
以上で説明したように、本実施の形態では、送信ビームに対する反射波をアレーアンテナで受信し、目標信号数を推定し、そのそれぞれの到来方向を測角し、測角結果に基づき次の送信ビームの指向方向を決定するレーダ装置を構成して、上述のAIC/MDL法および送信ビーム指向方向計算の動作を行うことにより、推定目標数が複数の場合には、送信ビーム指向方向を複数の目標電力値で重みを付けた目標測角値の平均値とする送信ビーム指向方向計算手段を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の実施の形態１を示すレーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における目標数推定手段１の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における目標数推定手段１の性能を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示すレーダ装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２における目標数推定手段２の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態２における目標数推定手段２の性能を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示すレーダ装置の構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４を示すレーダ装置の構成図である。
【図９】この発明の実施の形態５を示すレーダ装置の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態６を示すレーダ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  制御器、  ２  周波数発振器、  ３  送信機、  ４  移相器部、  ５  送受切換器、  ６   アレーアンテナ、  ７  受信機部、  ８  位相検波部、  ９  クラッタ抑圧部、  １０  妨害波抑圧手段、  １１  ビーム合成手段、  １２  パルス間積分部、  １３   信号検出手段、  １４  モノパルス測角手段、  １５  相関行列計算手段、  １６  目標数推定手段１、  １７  測角手段選択手段、  １８  超分解能測角手段１、  １９  アレーマニフォールド、  ２０  送信ビーム指向方向計算手段１、  ２１  固有値・固有ベクトル計算手段、  ２２  MEP値計算手段、  ２３  MEP値ギャップ計算手段、  ２４  目標数推定手段２、  ２５  アレーマニフォールド相関行列計算手段、  ２６  アレーマニフォールド固有値・固有ベクトル計算手段、  ２７  AMS値計算手段、  ２８  AMS値ギャップ計算手段、  ２９  目標数推定手段３、  ３０  送信ビーム指向方向計算手段２、  ３１  超分解能測角手段２、  ３２   送信ビーム指向方向計算手段３、  ３３  送信ビーム指向方向計算手段４。
【図１】
2005121420.tif 000018
【図２】
2005121420.tif 000019
【図３】
2005121420.tif 000020
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005121420.tif 000024
【図８】
2005121420.tif 000025
【図９】
2005121420.tif 000026
【図１０】
2005121420.tif 000027